Fortschritte im Bereich der Sensortechnik ermöglichen heute neue Anwendungen, bei denen die Bewegungen des Nutzers als Eingabequelle dient. Das zentrale Thema dieser Arbeit ist die Bewegungsanalyse. Sie ist Teil eines größeren Forschungsfeldes, nämlich der Interpretation von Sensoraufzeichnungen menschlicher Bewegung. Bewegungsanalyse ist nötig, um Anwendungen sensorbasierten Feedbacks in Feldern wie Rehabilitation, Sport und Ergonomie zu ermöglichen.

Bewusst kontrollierbare, zielgerichtete Bewegungen, die wir primäre Bewegungen nennen, führen aufgrund von mechanischen und physiologischen Abhängigkeiten zu kleinen, unbeabsichtigten Bewegungen in anderen Teilen des Körpers (sekundäre Bewegungen). Diese Arbeit führt Methoden zur Unterscheidung zwischen primären und sekundären Bewegungen ein. Diese Unterscheidung ist nötig, um hochqualitatives Feedback bei Aktivitäten zu liefern, bei denen ein signifikanter Anteil an sekundären Bewegungen auftritt. Dies können Aktivitäten sein bei denen große sekundäre Bewegungen aufgrund von großen Reaktionskräften auftreten (wie z.B. beim Schießen eines Balles) oder Aktivitäten bei denen die primären Bewegungen klein sind (wie z.B. bei verschiedenen handwerklichen Tätigkeiten oder beim Spiel eines Musikinstruments). Desweiteren kann eine präzise Unterscheidung zwischen primären und sekundären Bewegungen notwendig sein, um zu überprüfen, ob der Nutzer einen Teil des Körpers stillhält, wie es beispielsweise von einer gymnastischen Übung gefordert sein könnte. Von Anwendungen senorbasierten Feedbacks abgesehen ist die Verbesserung von existierenden Verfahren zur Gestenerkennung ein weiteres Anwendungsfeld für unsere Methoden. Dies ist möglich, indem die sekundären Bewegungen im Sensorsignal ignoriert werden, um zu vermeiden, dass fälschlicherweise eine Geste erkannt wird, wo eigentlich bloß sekundäre Bewegungen aufgetreten sind.

Die Effektivität unserer Methoden wird im Kontext von Armbewegungen beim Klavierspiel gezeigt, welches ein für die Analyse besonders herausforderndes Feld ist. Die Unterscheidung zwischen primärer und sekundärer Bewegung in einem Gelenk erfolgt in Abhängigkeit der Bewegungsmessung in diesem Gelenk, der Schätzungen der Reaktionskraft beim Tastenniederdruck aus MIDI-Daten und von den Bewegungen in den anderen Gelenken des Arms. Um festzustellen an welchem Arm die Reaktionskraft beim Tastenniederdruck wirkt, muss ermittelt werden, welche Hand die Note gespielt hat. Dazu führt diese Arbeit zwei Methoden ein: Die eine Methode basiert auf MIDI, die andere nutzt zusätzlich noch Daten von am Arm getragenen Inertialsensoren. Eine dritte, kamerabasierte Methode, die ursprünglich für die Erkennung von Gebärdensprache entwickelt wurde, wird in dieser Arbeit hinsichtlich der Nutzbarkeit zum Verfolgen der Hände beim Klavierspiel evaluiert.

Basierend auf unseren Analysemethoden wurden zwei klavierpädagogische Anwendungen entwickelt: Die eine Anwendung unterstützt eine existierende, klavierpädagogische Bewegungsnotation und überprüft ob die Bewegungen des Schülers der Vorgabe entsprechen. Eine Studie mit Klavierstudenten einer Musikhochschule zeigt, dass die potentiellen Nutzer das System als nützlich für das Techniktraining einschätzen. Die zweite Anwendung visualisiert Sensordaten und bietet die Möglichkeit zwei Interpretationen desselben Stücks zu synchronisieren. Dies erleichtert es, Bewegungsunterschiede zwischen verschiedenen Spielern zu identifizieren, was Ansatzpunkte für eine genauere Untersuchung der Bewegung aufzeigt.